Live τώρα    
24°C Αθήνα
ΑΘΗΝΑ
Ελαφρές νεφώσεις
24 °C
22.0°C24.8°C
3 BF 39%
ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ
Αίθριος καιρός
22 °C
21.0°C24.2°C
2 BF 52%
ΠΑΤΡΑ
Αίθριος καιρός
19 °C
18.8°C20.5°C
4 BF 63%
ΗΡΑΚΛΕΙΟ
Σποραδικές νεφώσεις
20 °C
19.3°C19.8°C
5 BF 60%
ΛΑΡΙΣΑ
Αίθριος καιρός
23 °C
22.9°C24.0°C
3 BF 33%
Ένα εργαστήριο μέσα σε chip για τον έλεγχο της ποιότητας τροφίμων
  • Μείωση μεγέθους γραμματοσειράς
  • Αύξηση μεγέθους γραμματοσειράς
Εκτύπωση

Ένα εργαστήριο μέσα σε chip για τον έλεγχο της ποιότητας τροφίμων

Ανθυγιεινοί κίνδυνοι σε υγιεινές τροφές...

O τομέας τροφίμων και ποτών, εκτός του ότι αποτελεί μια σημαντική διάσταση της ποιότητας ζωής, είναι και ένας σημαντικότατος πυλώνας της ευρωπαϊκής οικονομίας. Ζωτικής σημασίας είναι ο έλεγχος της ποιότητας των παραγόμενων τροφίμων όσον αφορά τυχόν μόλυνσή τους από τοξίνες και μικροοργανισμούς, ο οποίος αποκτά ακόμη μεγαλύτερη σπουδαιότητα όταν ο έλεγχος αφορά τρόφιμα πρώτης ανάγκης ή μεγάλης διατροφικής αξίας όπως τα γαλακτοκομικά και τα γεωργικά προϊόντα (φρούτα, λαχανικά και ξηροί καρποί).

Ειδικότερα στις σύγχρονες κοινωνίες υπάρχει μεγάλη ανάγκη για αποτελεσματικά μέσα παρακολούθησης της ποιότητας των παραγόμενων προϊόντων και της πιστοποίησης ασφαλούς κατανάλωσής τους. Ο λόγος είναι ότι κατά τον 20ό αιώνα η επιμόλυνση των τροφών κατέστη περισσότερο συχνή και επικίνδυνη καθώς τα κρούσματα δεν αφορούν πλέον μόνο φυσικές τοξίνες και μικροοργανισμούς, αλλά και μια πλειάδα χημικών παραγόντων όπως εντομοκτόνα, φυτοφάρμακα, αντιβιοτικά και βαρέα μέταλλα.

Από τα μεγάλα εξειδικευμένα εργαστήρια, στα εργαστήρια μέσα σε chip

Το πιο σοβαρό πρόβλημα που αντιμετωπίζει ο έλεγχος της ποιότητας των παραγόμενων τροφίμων έγκειται στο ότι οι μεθοδολογίες που υιοθετούνται για την ανίχνευση μολυσματικών παραγόντων σήμερα βασίζονται σε αναλυτικά εργαλεία τα οποία δεν εγγυώνται στον μέγιστο βαθμό την ασφάλεια των τροφών που καταναλώνουμε.

Πρόκειται για πολύπλοκες και κοστοβόρες τεχνικές, με μεγάλους ενδιάμεσους χρόνους για την εξαγωγή αποτελεσμάτων (2-3 ημέρες), που εφαρμόζονται μόνο από ολιγάριθμα εξειδικευμένα εργαστήρια ανά την Ευρώπη, προκειμένου να διασφαλιστούν τα επίπεδα ασφάλειας που θέτει η Ε.Ε. Το γεγονός αυτό συνεπάγεται επιβράδυνση του ρυθμού τροφοδοσίας της αγοράς με τρόφιμα ή επιβάρυνση του κόστους των παραγόμενων προϊόντων.

Την απάντηση στην πρόκληση του αποτελεσματικού ελέγχου των τροφίμων έρχεται να δώσει η σύγχρονη φωτονική τεχνολογία, καθώς παρέχει τη δυνατότητα ανάπτυξης ολοκληρωμένων οπτικών κυκλωμάτων (Photonic Integrated Circuits - PICs) για την κατασκευή ενός φορητού βιοαισθητήρα ικανού να επιτελέσει το έργο της ανάλυσης τροφίμων ανάλογο με την ανάλυση που μέχρι σήμερα πραγματοποιείται μόνο από τα προαναφερθέντα εξειδικευμένα εργαστήρια.

«Αυτή ακριβώς η δυνατότητα υποκατάστασης σύνθετων και πολύπλοκων βιοχημικών μεθόδων από ένα οπτικό chip καθιστά τον όρο “εργαστήριο μέσα σε chip” (lab-on-a-chip) μια απτή πραγματικότητα και επιβεβαιώνει την καθιέρωση της φωτονικής τεχνολογίας ως θεμελιώδη τεχνολογία (Key Enabling Technology - KET) στις εφαρμογές της σύγχρονης Κοινωνίας της Πληροφορίας» δηλώνει ο Καθηγητής του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου Ηρακλής Αβραμόπουλος.

Το ευρωπαϊκό ερευνητικό έργο BIOFOS

Ένα τέτοιο φορητό "εργαστήριο" υλοποιήθηκε στο πλαίσιο του Ευρωπαϊκού ερευνητικού έργου BIOFOS το οποίο χρηματοδοτήθηκε από το 7ο Πρόγραμμα - Πλαίσιο (FP7) της Ευρωπαϊκής Επιτροπής και αποτελεί μια κοινοπραξία αποτελούμενη από 10 πανεπιστήμια, ερευνητικά κέντρα και εταιρείες προερχόμενα από 5 Ευρωπαϊκές χώρες.

Κεντρικό ρόλο στην υλοποίηση του έργου είχαν δύο ερευνητικές ομάδες του ΕΜΠ και συγκεκριμένα το Εργαστήριο Έρευνας Φωτονικών Επικοινωνιών της Σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών (ΣΗΜΜΥ) με διευθυντή τον καθ. Ηρακλή Αβραμόπουλο και η ομάδα Μικρο-επεξεργασίας Υλικών με Laser της αν. καθηγήτριας Ιωάννας Ζεργιώτη από τη Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών.

Οι δύο ομάδες συνεργάστηκαν κάτω από την ομπρέλα του Ερευνητικού Πανεπιστημιακού Ινστιτούτου Συστημάτων Επικοινωνιών και Υπολογιστών (ΕΠΙΣΕΥ) της ΣΗΜΜΥ το οποίο ήταν και ο συντονιστής του έργου.

Ο καθ. Αβραμόπουλος υπογραμμίζει ότι «οι δύο αυτές ομάδες δεν συμμετείχαν απλώς στην υλοποίηση, αλλά υπήρξαν και οι εμπνευστές της όλης ιδέας και της σχετικής ολοκληρωμένης πρότασης του έργου», ενώ το ελληνικό στοιχείο ολοκληρώνεται με τη συμμετοχή του Ιδρύματος Ιατροβιολογικών Ερευνών της, Ακαδημίας Αθηνών.

Στόχοι και καινοτομίες του συστήματος BIOFOS

Στόχος του BIOFOS είναι η ανάπτυξη του πρωτοτύπου ενός φορητού συστήματος χαμηλού κόστους, βασισμένου σε έναν ολοκληρωμένο φωτονικό βιοαισθητήρα, ικανό να αναλύσει και να ανιχνεύσει σε πραγματικό χρόνο την επιμόλυνση τροφών από συγκεκριμένες τοξίνες ή άλλες τοξικές ουσίες (αναλυτές).

Ειδικότερα το σύστημα του BIOFOS έχει τη δυνατότητα αξιόπιστης ανίχνευσης επτά διαφορετικών αναλυτών, οι οποίοι συναντώνται συχνότερα σε τρεις κατηγορίες τροφίμων: ξηρούς καρπούς, ελαιόλαδο και γάλα. Προφανώς καθεμιά από τις προαναφερθείσες τροφές μολύνεται και από διαφορετικές ανεπιθύμητες ή τοξικές ουσίες. Έτσι το σύστημα BIOFOS μπορεί να ανιχνεύσει εντομοκτόνα και βαρέα μέταλλα στο ελαιόλαδο, δύο είδη μυκοτοξινών στους ξηρούς καρπούς, καθώς και την παρουσία λακτόζης, μυκοτοξίνης και αντιβιοτικών στο γάλα.

Σε αντιδιαστολή με τις παραδοσιακές μεθόδους ανάλυσης, το σύστημα BIOFOS έχει να επιδείξει τις εξής καινοτομίες: (i) ταχεία εξαγωγή αποτελεσμάτων (τάξης λίγων λεπτών ή δεκάδων λεπτών), (ii) εξαιρετικά χαμηλότερο κόστος αναλωσίμων ανάλυσης, (iii) ευκολία χρήσης, (iv) αξιοπιστία μέτρησης, (v) χρήση της ίδιας συσκευής για διαφορετικά τρόφιμα και διαφορετικές επικίνδυνες ουσίες (η διαφοροποίηση αφορά μόνο στην προετοιμασία του προς ανάλυση δείγματος) και (vi) υψηλή ευαισθησία ανίχνευσης.

Αρχή λειτουργίας του βιοαισθητήρα

«Ο ολοκληρωμένος φωτονικός βιοαισθητήρας σχεδιάστηκε από το Εργαστήριο Φωτονικών Επικοινωνιών του ΕΜΠ σε συνεργασία με την ολλανδική εταιρεία LIONIX και αποτελεί την καρδιά του συστήματος BIOFOS», όπως μας εξηγεί ο καθ. Αβραμόπουλος. Πρόκειται για ένα ολοκληρωμένο οπτικό chip το οποίο περιέχει ένα πλήθος οπτικών διατάξεων σε σμίκρυνση, όπως κυματοδηγούς, διαχωριστές δέσμης και οπτικούς μικροδακτυλίους συντονισμού.

Οι τελευταίοι αποτελούν τη σημαντικότερη οπτική διάταξη του chip, διότι σε αυτούς διοχετεύεται μια ελάχιστη ποσότητα υγρού δείγματος του προς εξέταση τροφίμου μαζί με κυματοδηγούμενη φωτεινή ισχύ. Λόγω της αρχής λειτουργίας τους, οι μικροδακτύλιοι λειτουργούν ως ένα οπτικό φίλτρο του οποίου η συμπεριφορά είναι εξαιρετικά ευαίσθητη στην παρουσία διαφορετικών τοξικών προσμίξεων του δείγματος. Συνεπώς μέσω του φωτός που ανιχνεύεται κάθε φορά στην έξοδο του chip εξάγονται συμπεράσματα για την ουσία που περιέχεται στο δείγμα.

Ερευνητικές προκλήσεις και δυσκολίες

Σύμφωνα με τον κ. Αβραμόπουλο «η μεγαλύτερη πρόκληση για την υλοποίηση του πρωτότυπου του συστήματος ήταν ο συνδυασμός του οπτικού βιοαισθητήρα με την έρευνα σε τρεις επιπλέον διαφορετικές μεταξύ τους τεχνολογίες, προκειμένου να επιτευχθεί το επιδιωκόμενο αποτέλεσμα» και συγκεκριμένα (i) τη βιοτεχνολογία για την ανάπτυξη των ουσιών (απταμερή) που παγιδεύουν τις μολυσματικές ενώσεις προς ανίχνευση, (ii) τη νανοχημική τεχνολογία για τη ακινητοποίηση των απταμερών στην επιφάνεια του αισθητήρα και (iii) την τεχνολογία μικρορευστών (microfluidics) που αφορά το μικρομηχανολογικό σύστημα από μικροαντλίες για την προετοιμασία των δειγμάτων».

Μάλιστα στον τομέα της νανοχημικής τεχνολογίας η ομάδα του ΣΕΜΦΕ του ΕΜΠ κατοχύρωσε τα αποτελέσματα των ερευνών της με πατέντα».

Παρά το γεγονός ότι το σύστημα BIOFOS επιδέχεται ακόμη περαιτέρω έρευνας και βελτιστοποιήσεις μέχρι την υιοθέτησή του από τους εμπλεκόμενους στον κλάδο των τροφίμων, αποτελεί μία καινοτομία ικανή να καλύψει σημαντικότατα κενά στον έλεγχο ποιότητας τροφίμων, με προφανείς θετικές επιπτώσεις τόσο στην ποιότητα ζωής των Ευρωπαίων πολιτών όσο και στην αλυσίδα παραγωγής και μεταποίησης των τροφίμων.

Ηρακλής Αβραμόπουλος, καθηγητής στη Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του ΕΜΠ, είναι επικεφαλής της του Εργαστηρίου Έρευνας Φωτονικών Επικοινωνιών (http://photonics.ntua.gr/).

Περισσότερες πληροφορίες για το BIOFOS: www.ict-biofos.eu.

ΣΧΕΤΙΚΑ ΑΡΘΡΑ

ΓΝΩΜΕΣ

ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ

EDITORIAL

ΑΝΑΛΥΣΗ

SOCIAL